Informe De Laboratorio Fisica 2

EXPERIENCIA NO2

“Regiones equipotenciales de un campo eléctrico”

OBJETIVOS

Comprobar la existencia de campo eléctrico entre dos electrodos polarizados mediante el uso del multímetro digital.

Fortalecer el entendimiento de campos eléctricos, líneas de campo y su relación con superficies de potencial constante.

Dibujar las líneas equipotenciales de un campo eléctrico

Dibujar las líneas de campo eléctrico

MARCO TEORICO

Es posible conseguir una representación gráfica de un campo de fuerzas empleando las llamadas líneas de fuerza. Son líneas imaginarias que describen, si los hubiere, los cambios en dirección de las fuerzas al pasar de un punto a otro. En el caso del campo eléctrico, puesto que tiene magnitud y sentido, se trata de una cantidad vectorial, y las líneas de fuerza o líneas de campo eléctrico indican las trayectorias que seguirían las partículas positivas si se las abandonase libremente a la influencia de las fuerzas del campo. El campo eléctrico será un vector tangente a la línea de fuerza en cualquier punto considerado. [1]

Una carga puntual positiva dará lugar a un mapa de líneas de fuerza radiales, pues las fuerzas eléctricas actúan siempre en la dirección de la línea que une a las cargas interactuantes, y dirigidas hacia fuera porque las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido (fuerzas repulsivas). En el caso del campo debido a una carga puntual negativa el mapa de líneas de fuerza sería análogo, pero dirigidas hacia la carga central. Como consecuencia de lo anterior, en el caso de los campos debidos a varias cargas las líneas de fuerza nacen siempre de las cargas positivas y mueren en las negativas. Se dice por ello que las primeras son «manantiales» y las segundas «sumideros» de líneas de fuerza. [2][6]

Las líneas de campo nos ayudan a visualizar los campos eléctricos. De manera semejante, el potencial en diversos puntos de un campo eléctrico se puede representar gráficamente mediante superficies equipotenciales. Esta es una superficie tridimensional sobre la cual el potencial eléctrico, V es el mismo en todos los puntos. Si se traslada una carga de prueba q0 de un punto a otro sobre una superficie de este tipo, la energía potencial eléctrica q0V es constante. [3]

En una región donde está presente un campo eléctrico se puede construir una superficie equipotencial que pase por cualquier punto. Ya que la energía potencial no cambia cuando una carga de prueba se traslada sobre una superficie equipotencial, el campo eléctrico no puede realizar trabajo sobre esta carga. Entonces, se dice que E debe ser perpendicular a la superficie en todos los puntos, para que la fuerza eléctrica (q0 E) sea en todo momento perpendicular al desplazamiento de una carga que mueve sobre la superficie.[4][8]

Las líneas de campo y las superficies equipotenciales son siempre mutuamente perpendiculares. En general, las líneas de campo son curvas y las equipotenciales son superficies curvas. En el caso especial de una campo uniforme, en el que las líneas de campo son rectas y paralelas y están igualmente espaciadas, las superficies equipotenciales son planos paralelos perpendiculares a las líneas de campo.[9]

MATERIALES

Fuente de poder

Multímetro digital

Electrodos de metal de diversas formas

Papel blanco

Tape

Marcadores

Regla

PARTE EXPERIMENTAL

Armar una cubeta con una fina capa de agua.

Colocar los electrodos metálicos (alambres paralelos).

Conectar el multímetro al sistema de la cubeta de agua.

Montarle una línea de carga negativa y otra positiva.

Ajustar la fuente de voltaje a 10V

Localizar regiones equipotenciales (2, 4, 5, 6)

Dibujar las líneas equipotenciales.

REGISTRO DE DATOS

4 voltios 2 voltios 6 voltios

x y

4 17.5

16.9 17.5

23.5 17.5

4 9.5

9.5 9.5

19.4 9.5

5.3 2.4

12 2.4

19 2.4

x voltios

4 2

16.9 2

23.5 2

4 4

9.5 4

19.4 4

4 6

12 6

19 6

CÁLCULOS

Campo Eléctrico medio para una superficie equipotencial con electrodos Plano –Plano.

Si se conoce el potencial en todo punto de una región del espacio, se puede usar para calcular el campo eléctrico. Considerando un desplazamiento pequeño dl en un campo eléctrico estático E (x, y, z). El cambio en el potencial es:

dV = -E * dl = El * dl

Donde El es la componente de E (x, y) paralelo al desplazamiento. Entonces,

El = - dV/dl

Al buscar las componentes del campo eléctrico en nuestro plano, a partir de dos líneas equipotenciales, en la componente x del campo eléctrico (Ex) no hay cambio en el potencial al pasar de un punto a otro, es decir, dV = 0, el desplazamiento dl es

perpendicular al campo eléctrico E (x, y).

En el caso de la componente del campo eléctrico en y (Ey), el potencial eléctrico no es el mismo en dos puntos, siendo el desplazamiento dl paralelo al campo eléctrico E (x, y), y por lo tanto, dV ≠ 0.

Luego,

Er = √((Ex)2 + (Ey)2 ) ; Siendo: Ex = 0, Ey ≠ 0

Por lo tanto,

Er = Ey

Er = (Vf-Vi)/(△y)

Er =- (2-4)/(17.5-9.5)

Er=0.25 N.C Ɵ=90O

ANÁLISIS Y RESULTADOS

La configuración utilizada en este experimento con los electrodos consta de dos alambres paralelos de igual carga.

Como se pudo observar en el laboratorio, al tener dos placas paralelas (alambres) con igual magnitud pero signo contrario, se genera entre ellas un campo eléctrico uniforme. Siendo éste un caso especial, en el que nos vemos trabajando en un plano, y el campo eléctrico es uniforme, donde las superficies equipotenciales son planos paralelos perpendiculares a las líneas de campo, se pudo deducir que las líneas de fuerza del campo eléctrico, se encuentran paralelas entre sí, y perpendiculares a las placas,

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